JP2001085618A - 半導体集積回路 - Google Patents
半導体集積回路Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 使用可能な温度範囲を向上させた半導体集積
回路を提供する。 【解決手段】 入力端子１００から入力される駆動信号
にしたがってパワートランジスタ１０７（以下１０７と
略称）はオンオフし負荷１０９を駆動する。１０７がタ
ーンオフするときに生じるサージを１０７がオンして消
費する。１０７のドレインＤの電位はクランプ電圧で制
限される。クランプ電圧は、通常温度状態では逆流防止
ダイオード１０８およびツェナダイオード１１０〜１１
７、過温度状態では逆流防止ダイオード１０８およびツ
ェナダイオード１１０、１１１のそれぞれで形成される
第１、第２のクランプ電圧を用いる。第２のクランプ電
圧は、第１より低いから、過温度と検出した状態でサー
ジを消費するときの温度上昇が低くなる。これによって
過温度と検出する温度を高く設定でき、温度の使用範囲
が向上する。
回路を提供する。 【解決手段】 入力端子１００から入力される駆動信号
にしたがってパワートランジスタ１０７（以下１０７と
略称）はオンオフし負荷１０９を駆動する。１０７がタ
ーンオフするときに生じるサージを１０７がオンして消
費する。１０７のドレインＤの電位はクランプ電圧で制
限される。クランプ電圧は、通常温度状態では逆流防止
ダイオード１０８およびツェナダイオード１１０〜１１
７、過温度状態では逆流防止ダイオード１０８およびツ
ェナダイオード１１０、１１１のそれぞれで形成される
第１、第２のクランプ電圧を用いる。第２のクランプ電
圧は、第１より低いから、過温度と検出した状態でサー
ジを消費するときの温度上昇が低くなる。これによって
過温度と検出する温度を高く設定でき、温度の使用範囲
が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過温度保護機能と
クランプ機能を併せ持つ半導体集積回路に関する。
クランプ機能を併せ持つ半導体集積回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の半導体集積回路としては、従来
例えば図３に示すような駆動回路が用いられている。駆
動対象の負荷１０９は誘導性を有するもので、パワート
ランジスタ１０７はＡＮＤゲート１０４およびバッファ
１０１を介して入力端子１００から入力される駆動信号
に従ってオンオフし、負荷１０９を駆動する。パワーラ
ンジスタ１０７はオンのとき、負荷１０９に電源１１８
からの電流を流し、オフとなるときには、それを遮断す
る。電流が遮断される瞬間、負荷１０９の誘導性でサー
ジが生じる。
例えば図３に示すような駆動回路が用いられている。駆
動対象の負荷１０９は誘導性を有するもので、パワート
ランジスタ１０７はＡＮＤゲート１０４およびバッファ
１０１を介して入力端子１００から入力される駆動信号
に従ってオンオフし、負荷１０９を駆動する。パワーラ
ンジスタ１０７はオンのとき、負荷１０９に電源１１８
からの電流を流し、オフとなるときには、それを遮断す
る。電流が遮断される瞬間、負荷１０９の誘導性でサー
ジが生じる。
【０００３】パワートランジスタ１０７のドレインＤと
ゲートＧの間に接続される逆流防止ダイオード１０８お
よびツェナダイオード１１０〜１１７は、クランプ回路
を構成する。サージでパワートランジスタ１０７のドレ
イン電圧がクランプ電圧を超えると、パワートランジス
タがオンになる。これによりサージエネルギーが消費さ
れるとともに、ドレイン電圧の上昇が制限される。
ゲートＧの間に接続される逆流防止ダイオード１０８お
よびツェナダイオード１１０〜１１７は、クランプ回路
を構成する。サージでパワートランジスタ１０７のドレ
イン電圧がクランプ電圧を超えると、パワートランジス
タがオンになる。これによりサージエネルギーが消費さ
れるとともに、ドレイン電圧の上昇が制限される。
【０００４】過温度検知部１０２、ＲＳラッチ１０３お
よびＡＮＤゲート１０４は過温度保護回路として機能
し、過温度検知部１０２は集積回路が過温度状態になっ
ていることを検出したときに、ＲＳラッチ１０３および
ＡＮＤゲート１０４がオフし、パワートランジスタ１０
７は強制的にオフされる。
よびＡＮＤゲート１０４は過温度保護回路として機能
し、過温度検知部１０２は集積回路が過温度状態になっ
ていることを検出したときに、ＲＳラッチ１０３および
ＡＮＤゲート１０４がオフし、パワートランジスタ１０
７は強制的にオフされる。
【０００５】回路各部分の動作は、図４のタイムチャー
トで示す通りである。すなわち、集積回路が過温度以下
の通常状態では、過温度検知部１０２はＨレベルの信号
を出力する。入力端子１００にＨレベルの駆動信号が入
力されるｔ０までは、バッファ１０１の出力もＬレベル
で、ＲＳラッチ１０３の出力はＨレベルとなるため、Ａ
ＮＤゲート１０４の出力はＬレベルとなっている。した
がってパワートランジスタ１０７のゲート電圧もＬレベ
ルで、パワートランジスタ１０７はオフ状態である。こ
のときドレイン電圧は電源１１８の電圧ＶＢになり、負
荷１０９に駆動電流は流れない。
トで示す通りである。すなわち、集積回路が過温度以下
の通常状態では、過温度検知部１０２はＨレベルの信号
を出力する。入力端子１００にＨレベルの駆動信号が入
力されるｔ０までは、バッファ１０１の出力もＬレベル
で、ＲＳラッチ１０３の出力はＨレベルとなるため、Ａ
ＮＤゲート１０４の出力はＬレベルとなっている。した
がってパワートランジスタ１０７のゲート電圧もＬレベ
ルで、パワートランジスタ１０７はオフ状態である。こ
のときドレイン電圧は電源１１８の電圧ＶＢになり、負
荷１０９に駆動電流は流れない。
【０００６】時刻ｔ０で、駆動信号がＬからＨレベルに
変化すると、過温度検知部１０２の出力がＨレベルであ
る限り、ＲＳラッチ１０３はＨレベルを維持するため、
ＡＮＤゲート１０４の出力がＨレベルとなることにより
パワートランジスタ１０７のゲートＧにＨレベルの電圧
が印加され、パワートランジスタ１０７はオンとなる。
これにより負荷１０９に駆動電流が流れる。
変化すると、過温度検知部１０２の出力がＨレベルであ
る限り、ＲＳラッチ１０３はＨレベルを維持するため、
ＡＮＤゲート１０４の出力がＨレベルとなることにより
パワートランジスタ１０７のゲートＧにＨレベルの電圧
が印加され、パワートランジスタ１０７はオンとなる。
これにより負荷１０９に駆動電流が流れる。
【０００７】更に時刻ｔ１で駆動信号をＨからＬレベル
に変化させると、バッファ１０１の出力およびＡＮＤゲ
ート１０４の出力はＬレベルになり、パワートランジス
タ１０７はオフとなって、負荷１０９に流れている駆動
電流が遮断される。駆動電流が遮断される瞬間に負荷１
０９の誘導性によりサージが発生する。サージによりパ
ワートランジスタ１０７のドレイン電圧が、逆流防止ダ
イオード１０８の順方向電圧とツェナーダイオード１１
０〜１１７のツェナー電圧によって定められるクランプ
電圧ＶＣまで上昇すると、クランプ回路が導通し、パワ
ートランジスタ１０７のゲートに電圧を印加し始めて、
パワートランジスタ１０７はオンになる。これによって
サージエネルギーがパワートランジスタ１０７によって
消費されるとともに、ドレイン電圧はクランプ電圧でそ
の最大値が制限される。サージエネルギーが消費される
ことによって、ドレイン電圧をクランプ電圧ＶＣに保持
することができなくなったら、パワートランジスタ１０
７はオフ状態になる。このときドレイン電圧はＶＢとな
る。
に変化させると、バッファ１０１の出力およびＡＮＤゲ
ート１０４の出力はＬレベルになり、パワートランジス
タ１０７はオフとなって、負荷１０９に流れている駆動
電流が遮断される。駆動電流が遮断される瞬間に負荷１
０９の誘導性によりサージが発生する。サージによりパ
ワートランジスタ１０７のドレイン電圧が、逆流防止ダ
イオード１０８の順方向電圧とツェナーダイオード１１
０〜１１７のツェナー電圧によって定められるクランプ
電圧ＶＣまで上昇すると、クランプ回路が導通し、パワ
ートランジスタ１０７のゲートに電圧を印加し始めて、
パワートランジスタ１０７はオンになる。これによって
サージエネルギーがパワートランジスタ１０７によって
消費されるとともに、ドレイン電圧はクランプ電圧でそ
の最大値が制限される。サージエネルギーが消費される
ことによって、ドレイン電圧をクランプ電圧ＶＣに保持
することができなくなったら、パワートランジスタ１０
７はオフ状態になる。このときドレイン電圧はＶＢとな
る。
【０００８】過温度保護では、例えば駆動信号がＨレベ
ルで、パワートランジスタがオンになっている状態にお
いて、時刻ｔ４で集積回路の温度が上昇し、時刻ｔ５で
過温度となったとき、過温度検知部１０２の出力がＬレ
ベルになるから、ＲＳラッチ１０３の出力がＬレベルと
なり、ＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルになること
により、パワートランジスタ１０７は強制的にオフされ
る。この瞬間に上記と同じように、負荷１０９の誘導性
によってサージが生じ、クランプ回路が働くことによ
り、パワートランジスタ１０７のドレイン電圧がクラン
プ電圧ＶＣに制限される。このように、上記回路は、サ
ージエネルギーをパワートランジスタ自身で吸収する構
成となっているため、クランプ時に発熱を伴い、半導体
集積回路を構成するチップは、クランプ回路が働くｔ
１、ｔ２またはｔ５、ｔ６の間に温度上昇する。
ルで、パワートランジスタがオンになっている状態にお
いて、時刻ｔ４で集積回路の温度が上昇し、時刻ｔ５で
過温度となったとき、過温度検知部１０２の出力がＬレ
ベルになるから、ＲＳラッチ１０３の出力がＬレベルと
なり、ＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルになること
により、パワートランジスタ１０７は強制的にオフされ
る。この瞬間に上記と同じように、負荷１０９の誘導性
によってサージが生じ、クランプ回路が働くことによ
り、パワートランジスタ１０７のドレイン電圧がクラン
プ電圧ＶＣに制限される。このように、上記回路は、サ
ージエネルギーをパワートランジスタ自身で吸収する構
成となっているため、クランプ時に発熱を伴い、半導体
集積回路を構成するチップは、クランプ回路が働くｔ
１、ｔ２またはｔ５、ｔ６の間に温度上昇する。
【０００９】パワートランジスタの消費電力はＩｄ×Ｖ
ｄｓで表される。ここでＩｄはドレイン電流、Ｖｄｓは
ドレインＤ・ソースＳ間の電圧である。通常オン時のＶ
ｄｓは数百ｍＶであるのに対し、クランプした瞬間のＶ
ｄｓは数十Ｖとなるため、瞬間的に大電力を消費し、過
渡的な温度上昇を発生する。その温度の上昇は、以下の
ように演算して求めることができる。
ｄｓで表される。ここでＩｄはドレイン電流、Ｖｄｓは
ドレインＤ・ソースＳ間の電圧である。通常オン時のＶ
ｄｓは数百ｍＶであるのに対し、クランプした瞬間のＶ
ｄｓは数十Ｖとなるため、瞬間的に大電力を消費し、過
渡的な温度上昇を発生する。その温度の上昇は、以下の
ように演算して求めることができる。
【００１０】まず、モデルとして実際のデータを用いて
次のように定義する。 パワートランジスタのチップサイズ：１ｍｍ×１ｍｍ チップ厚さ：５００μｍ ドレイン電流：２Ａ（ＭＡＸ） オン抵抗：０．２Ω クランプ電流：１Ａ（ａｖｅ） サージエネルギー：５０ｍＪ
次のように定義する。 パワートランジスタのチップサイズ：１ｍｍ×１ｍｍ チップ厚さ：５００μｍ ドレイン電流：２Ａ（ＭＡＸ） オン抵抗：０．２Ω クランプ電流：１Ａ（ａｖｅ） サージエネルギー：５０ｍＪ
【００１１】放熱をチップ下面方向のみと仮定すると、
厚さ方向への熱抵抗は次のようになる。 熱抵抗＝チップ厚さ／（チップ面積×熱伝導率） ＝０．５１℃／Ｗ（シリコン熱伝導率：０．９８Ｗ／ｍ
ｍ・℃） ここでは過度的な温度上昇を求めたいので、次に熱容量
を算出する。 熱容量＝体積×密度×比熱 ＝０．０００８３４Ｊ／℃ （シリコン密度：２．３４ｇ／ｃｍ３） （シリコン比熱：７１３Ｊ／ｋｇ・℃） 従って、熱時定数は、 熱時定数＝熱抵抗×熱容量 ＝０．４２６ｍＳ となる。
厚さ方向への熱抵抗は次のようになる。 熱抵抗＝チップ厚さ／（チップ面積×熱伝導率） ＝０．５１℃／Ｗ（シリコン熱伝導率：０．９８Ｗ／ｍ
ｍ・℃） ここでは過度的な温度上昇を求めたいので、次に熱容量
を算出する。 熱容量＝体積×密度×比熱 ＝０．０００８３４Ｊ／℃ （シリコン密度：２．３４ｇ／ｃｍ３） （シリコン比熱：７１３Ｊ／ｋｇ・℃） 従って、熱時定数は、 熱時定数＝熱抵抗×熱容量 ＝０．４２６ｍＳ となる。
【００１２】逆流防止ダイオードの順方向電圧ＶＦ：１
Ｖ ツェナダイオードのツェナー電圧Ｖｚ：８Ｖ パワートランジスタのしきい値Ｖｔｈ：２Ｖとすれば、
ツェナーダイオードは８個直列であるので、クランプ電
圧は、以下のように算出される。 クランプ電圧＝ＶＦ＋Ｖｚ×８＋Ｖｔｈ＝６７Ｖ クランプ電圧６７Ｖで平均１Ａの電流を５０ｍＪ消費す
るため、クランプ時間は、次のようになる。 クランプ時間＝サージエネルギー／（クランプ電圧×クランプ電流） ＝０．７５ｍｓ
Ｖ ツェナダイオードのツェナー電圧Ｖｚ：８Ｖ パワートランジスタのしきい値Ｖｔｈ：２Ｖとすれば、
ツェナーダイオードは８個直列であるので、クランプ電
圧は、以下のように算出される。 クランプ電圧＝ＶＦ＋Ｖｚ×８＋Ｖｔｈ＝６７Ｖ クランプ電圧６７Ｖで平均１Ａの電流を５０ｍＪ消費す
るため、クランプ時間は、次のようになる。 クランプ時間＝サージエネルギー／（クランプ電圧×クランプ電流） ＝０．７５ｍｓ
【００１３】以上により、温度上昇は次のようになる。 温度上昇＝熱低抗×クランプ電圧×クランプ電流 ×[１−ｅｘｐ（−クランプ時間／熱時定数）] ＝２８．２６℃ 尚、以上の計算はチップ下面に無限大放熱板があり雰囲
気温度に保たれると仮定をしている。
気温度に保たれると仮定をしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上の計算により、上
記のモデルではクランプ時に約２８℃温度上昇を伴うこ
とがわかった。したがって半導体の使用可能なジャンク
ション温度を１５０℃とすると、過温度と検出するため
の設定温度は１２２℃以下にする必要がある。このた
め、名目上の使用可能な温度は１５０℃であるにも関わ
らず、実際に使用可能な温度範囲は１２２℃以下とな
り、半導体集積回路としての性能を十分発揮できないと
いう問題がある。
記のモデルではクランプ時に約２８℃温度上昇を伴うこ
とがわかった。したがって半導体の使用可能なジャンク
ション温度を１５０℃とすると、過温度と検出するため
の設定温度は１２２℃以下にする必要がある。このた
め、名目上の使用可能な温度は１５０℃であるにも関わ
らず、実際に使用可能な温度範囲は１２２℃以下とな
り、半導体集積回路としての性能を十分発揮できないと
いう問題がある。
【００１５】また、クランプ時の温度上昇を抑えるに
は、パワートランジスタのチップ面積を大きくして熱抵
抗を下げることが考えられるが、コスト増になり、有効
な手段とは言えない。本発明は、上記従来の問題点に鑑
み、過温度保護機能とクランプ機能を併せ持つ半導体集
積回路において、チップ面積を大きくする必要なく、過
温度検出温度を高く設定でき、実際動作範囲を向上さ
せ、パワートランジスタの有する温度特性を十分に発揮
できる半導体集積回路を提供することを目的としてい
る。
は、パワートランジスタのチップ面積を大きくして熱抵
抗を下げることが考えられるが、コスト増になり、有効
な手段とは言えない。本発明は、上記従来の問題点に鑑
み、過温度保護機能とクランプ機能を併せ持つ半導体集
積回路において、チップ面積を大きくする必要なく、過
温度検出温度を高く設定でき、実際動作範囲を向上さ
せ、パワートランジスタの有する温度特性を十分に発揮
できる半導体集積回路を提供することを目的としてい
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、制御
電極と第１電極および第２電極を有し、前記第１電極と
接続された負荷を駆動するトランジスタと、該トランジ
スタの駆動を制御するトランジスタ制御手段と、前記ト
ランジスタの第１電極と前記制御電極との間に接続さ
れ、第１のクランプ電圧以上で導通するクランプ回路
と、前記トランジスタの温度が所定温度以上かどうかを
検出する過温度検出手段と、該過温度検出手段によって
前記トランジスタの温度が所定温度以上と検出された場
合、前記トランジスタ制御手段によって前記トランジス
タを非駆動とすると共に、前記クランプ回路を前記第１
のクランプ電圧よりも低い第２のクランプ電圧で導通す
るように制御するものとした。
電極と第１電極および第２電極を有し、前記第１電極と
接続された負荷を駆動するトランジスタと、該トランジ
スタの駆動を制御するトランジスタ制御手段と、前記ト
ランジスタの第１電極と前記制御電極との間に接続さ
れ、第１のクランプ電圧以上で導通するクランプ回路
と、前記トランジスタの温度が所定温度以上かどうかを
検出する過温度検出手段と、該過温度検出手段によって
前記トランジスタの温度が所定温度以上と検出された場
合、前記トランジスタ制御手段によって前記トランジス
タを非駆動とすると共に、前記クランプ回路を前記第１
のクランプ電圧よりも低い第２のクランプ電圧で導通す
るように制御するものとした。
【００１７】
【効果】本発明では、制御電極と第１電極の間にクラン
プ回路が接続されるから、通常の使用状態で、トランジ
スタがターンオフするときに生じるサージで、第１電極
の電圧が第１のクランプ電圧まで上昇した場合は、クラ
ンプ回路が導通し、制御電極の電圧が上昇する。これに
よってトランジスタがオンになり、サージエネルギーが
トランジスタで消費される。第１電極の電圧は第１クラ
ンプ電圧に制限される。サージエネルギーが消費される
ことによって、第１電極の電圧が第１のクランプ電圧以
下に降下するとトランジスタがオフになる。
プ回路が接続されるから、通常の使用状態で、トランジ
スタがターンオフするときに生じるサージで、第１電極
の電圧が第１のクランプ電圧まで上昇した場合は、クラ
ンプ回路が導通し、制御電極の電圧が上昇する。これに
よってトランジスタがオンになり、サージエネルギーが
トランジスタで消費される。第１電極の電圧は第１クラ
ンプ電圧に制限される。サージエネルギーが消費される
ことによって、第１電極の電圧が第１のクランプ電圧以
下に降下するとトランジスタがオフになる。
【００１８】過温度検出手段は、集積回路が過温度状態
になっていることを検知すると、トランジスタを非駆動
とするから、トランジスタがオフ状態ではそれが維持さ
れ、オン状態では強制的にオフされる。トランジスタが
オン状態から強制的にオフされるときにサージが生じる
ので、第１電極の電圧が上昇する。このとき、クランプ
回路は第２のクランプ電圧に設定されるから、第１電極
の電圧は第２のクランプ電圧を超えると、トランジスタ
がオンになり、サージエネルギーが消費される。第１の
電極の電圧は第２のクランプ電圧に制限される。
になっていることを検知すると、トランジスタを非駆動
とするから、トランジスタがオフ状態ではそれが維持さ
れ、オン状態では強制的にオフされる。トランジスタが
オン状態から強制的にオフされるときにサージが生じる
ので、第１電極の電圧が上昇する。このとき、クランプ
回路は第２のクランプ電圧に設定されるから、第１電極
の電圧は第２のクランプ電圧を超えると、トランジスタ
がオンになり、サージエネルギーが消費される。第１の
電極の電圧は第２のクランプ電圧に制限される。
【００１９】このように、半導体集積回路が過温度とな
ったときに、第１のクランプ電圧より低い第２のクラン
プ電圧で、第１電極の電圧を制限するから、サージエネ
ルギーを消費する時間が長くなり、急激な温度上昇が避
けられる。したがって、過温度と検知するための温度設
定を最大の動作保証温度に近づけることが可能となり、
より高温で動作させることが可能になる。
ったときに、第１のクランプ電圧より低い第２のクラン
プ電圧で、第１電極の電圧を制限するから、サージエネ
ルギーを消費する時間が長くなり、急激な温度上昇が避
けられる。したがって、過温度と検知するための温度設
定を最大の動作保証温度に近づけることが可能となり、
より高温で動作させることが可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】次に、実施例により発明の実施の
形態を説明する。図１は実施例の構成を示す回路図であ
る。本実施例において、従来と同様な部分は、同じ符号
を用いて説明する。バッファ１０１の出力端はＡＮＤゲ
ート１０４の入力端に接続されるとともに、ＲＳラッチ
１０３のＳ入力端と接続する。バッファ１０１の入力端
は入力端子１００に接続する。ＲＳラッチ１０３のＲ入
力端は、過温度検知部１０２と接続され、ＲＳラッチ回
路の出力端はＡＮＤゲート１０４のもう一方の入力端と
接続する。ＡＮＤゲート１０４の出力端は、抵抗１０５
を介してパワートランジスタ１０７のゲートに接続され
る。パワートランジスタ１０７のソースＳはグランドに
接続される。ソースＳとゲートＧの間に抵抗１０６が並
列に接続される。パワートランジスタ１０７のドレイン
Ｄが負荷１０９を介して電源１１８と接続する。負荷１
０９は誘導性を有するものである。
形態を説明する。図１は実施例の構成を示す回路図であ
る。本実施例において、従来と同様な部分は、同じ符号
を用いて説明する。バッファ１０１の出力端はＡＮＤゲ
ート１０４の入力端に接続されるとともに、ＲＳラッチ
１０３のＳ入力端と接続する。バッファ１０１の入力端
は入力端子１００に接続する。ＲＳラッチ１０３のＲ入
力端は、過温度検知部１０２と接続され、ＲＳラッチ回
路の出力端はＡＮＤゲート１０４のもう一方の入力端と
接続する。ＡＮＤゲート１０４の出力端は、抵抗１０５
を介してパワートランジスタ１０７のゲートに接続され
る。パワートランジスタ１０７のソースＳはグランドに
接続される。ソースＳとゲートＧの間に抵抗１０６が並
列に接続される。パワートランジスタ１０７のドレイン
Ｄが負荷１０９を介して電源１１８と接続する。負荷１
０９は誘導性を有するものである。
【００２１】クランプ回路は、逆流防止ダイオード１０
８、ツェナダイオード１１０〜１１７、および抵抗２１
９、スイッチングトランジスタ２１８、２２０で構成さ
れる。スイッチングトランジスタ２２０のゲートは過温
度検知部１０２に接続し、ソースはグランドに接続され
る。ドレインは抵抗２１９を介して電源１１８に接続さ
れるとともに、スイッチングトランジスタ２１８のゲー
トに接続される。スイッチングトランジスタ２１８のソ
ースは、トランジスタ１０７のゲートＧ、ドレインはツ
ェナダイオード１１１とツェナダイオード１１２の間に
接続される。上記回路は半導体集積回路として構成され
るとともに、過温度検知部１０２は集積回路の温度を検
知し設定温度と比較して、過温度状態を検出する。過温
度検知部１０２は通常Ｈレベルの信号を出力し、過温度
状態を検出した場合Ｌレベルの信号を出力する。
８、ツェナダイオード１１０〜１１７、および抵抗２１
９、スイッチングトランジスタ２１８、２２０で構成さ
れる。スイッチングトランジスタ２２０のゲートは過温
度検知部１０２に接続し、ソースはグランドに接続され
る。ドレインは抵抗２１９を介して電源１１８に接続さ
れるとともに、スイッチングトランジスタ２１８のゲー
トに接続される。スイッチングトランジスタ２１８のソ
ースは、トランジスタ１０７のゲートＧ、ドレインはツ
ェナダイオード１１１とツェナダイオード１１２の間に
接続される。上記回路は半導体集積回路として構成され
るとともに、過温度検知部１０２は集積回路の温度を検
知し設定温度と比較して、過温度状態を検出する。過温
度検知部１０２は通常Ｈレベルの信号を出力し、過温度
状態を検出した場合Ｌレベルの信号を出力する。
【００２２】次に図２のタイムチャートを用いて、回路
の動作を説明する。半導体集積回路が過温度になってい
ない状態では、過温度検知部１０２の出力がＨレベルで
あるため、ＲＳラッチ１０３の出力はＨレベルとなる。
入力端子１００にＬレベルの入力信号が入力されている
ｔ０までは、バッファ１０１の出力もＬレベルで、ＡＮ
Ｄゲート１０４の出力はＬレベルとなり、パワートラン
ジスタ１０７のゲート電圧もＬレベルとなるため、パワ
ートランジスタ１０７はオフ状態である。このとき負荷
１０９に電流は流れない。
の動作を説明する。半導体集積回路が過温度になってい
ない状態では、過温度検知部１０２の出力がＨレベルで
あるため、ＲＳラッチ１０３の出力はＨレベルとなる。
入力端子１００にＬレベルの入力信号が入力されている
ｔ０までは、バッファ１０１の出力もＬレベルで、ＡＮ
Ｄゲート１０４の出力はＬレベルとなり、パワートラン
ジスタ１０７のゲート電圧もＬレベルとなるため、パワ
ートランジスタ１０７はオフ状態である。このとき負荷
１０９に電流は流れない。
【００２３】次に時刻ｔ０で駆動信号がＬからＨレベル
に変化すると、過温度検知出力１０２がＨレベルであ
り、ＲＳラッチ１０３はＨレベルを維持するため、ＡＮ
Ｄゲート１０４の出力がＨレベルとなることにより、ゲ
ート電圧がＨレベルで、パワートランジスタ１０７はオ
ン状態となって、負荷１０９に駆動電流が流れる。時刻
ｔ１で駆動信号をＨからＬレベルに変化させると、バッ
ファ１０１とＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルにな
り、ゲートＧの電圧が下がってパワートランジスタ１０
７はターンオフするため、負荷１０９の誘導性によりサ
ージが発生する。サージによりパワートランジスタ１０
７のドレイン電圧が上昇するが、逆流防止ダイオード１
０８の順方向電圧とツェナーダイオード１１０〜１１７
のツェナー電圧によって定められる第１のクランプ電圧
ＶＣ１まで達すると、パワートランジスタ１０７のゲー
トＧに電圧を印加し始める。
に変化すると、過温度検知出力１０２がＨレベルであ
り、ＲＳラッチ１０３はＨレベルを維持するため、ＡＮ
Ｄゲート１０４の出力がＨレベルとなることにより、ゲ
ート電圧がＨレベルで、パワートランジスタ１０７はオ
ン状態となって、負荷１０９に駆動電流が流れる。時刻
ｔ１で駆動信号をＨからＬレベルに変化させると、バッ
ファ１０１とＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルにな
り、ゲートＧの電圧が下がってパワートランジスタ１０
７はターンオフするため、負荷１０９の誘導性によりサ
ージが発生する。サージによりパワートランジスタ１０
７のドレイン電圧が上昇するが、逆流防止ダイオード１
０８の順方向電圧とツェナーダイオード１１０〜１１７
のツェナー電圧によって定められる第１のクランプ電圧
ＶＣ１まで達すると、パワートランジスタ１０７のゲー
トＧに電圧を印加し始める。
【００２４】このとき過温度検知部１０２の出力はＨレ
ベルであり、スイッチングトランジスタ２２０はオン状
態になるため、スイッチングトランジスタ２１８はオフ
状態になることにより、第１のクランプ電圧にしたがっ
てゲートＧに電圧が加えられる。ここでパワートランジ
スタ１０７のゲート電圧がしきい値Ｖｔｈまで上昇する
とパワートランジスタ１０７はオン状態に遷移し始め、
サージによる電流がパワートランジスタ１０７に流れ、
ドレイン電圧の上昇が防止される。すなわち回路の動作
としては、ドレイン電圧を第１のクランプ電圧ＶＣ１に
保持するような負帰還がかかった状態で、負荷１０９に
貯えられたサージエネルギーを消費するため、ドレイン
電圧が第１クランプ電圧ＶＣ１に保持される。
ベルであり、スイッチングトランジスタ２２０はオン状
態になるため、スイッチングトランジスタ２１８はオフ
状態になることにより、第１のクランプ電圧にしたがっ
てゲートＧに電圧が加えられる。ここでパワートランジ
スタ１０７のゲート電圧がしきい値Ｖｔｈまで上昇する
とパワートランジスタ１０７はオン状態に遷移し始め、
サージによる電流がパワートランジスタ１０７に流れ、
ドレイン電圧の上昇が防止される。すなわち回路の動作
としては、ドレイン電圧を第１のクランプ電圧ＶＣ１に
保持するような負帰還がかかった状態で、負荷１０９に
貯えられたサージエネルギーを消費するため、ドレイン
電圧が第１クランプ電圧ＶＣ１に保持される。
【００２５】サージエネルギーを消費することによっ
て、時刻ｔ２でドレイン電圧を第１のクランプ電圧ＶＣ
１に保持することができなくなったら、パワートランジ
スタ１０７はオフ状態になる。このように負荷１０９に
よってサージが発生するが、ドレイン電圧は第１のクラ
ンプ電圧ＶＣ１に保たれる。サージエネルギーの消費に
よるチップ温度の上昇は第１クランプ電圧ＶＣ１にした
がって決められる。その後ｔ３で駆動信号が再びＨレベ
ルになれば、パワートランジスタ１０７はオンになり、
負荷１０９に電流が流れる。
て、時刻ｔ２でドレイン電圧を第１のクランプ電圧ＶＣ
１に保持することができなくなったら、パワートランジ
スタ１０７はオフ状態になる。このように負荷１０９に
よってサージが発生するが、ドレイン電圧は第１のクラ
ンプ電圧ＶＣ１に保たれる。サージエネルギーの消費に
よるチップ温度の上昇は第１クランプ電圧ＶＣ１にした
がって決められる。その後ｔ３で駆動信号が再びＨレベ
ルになれば、パワートランジスタ１０７はオンになり、
負荷１０９に電流が流れる。
【００２６】過温度検知部１０２は半導体集積回路が過
温度状態を検知すると、Ｌレベルの信号を出力するた
め、ＲＳラッチ１０３はＬレベルの信号を出力し、ＡＮ
Ｄゲート１０４はＬレベル信号を出力することによって
駆動信号がパワートランジスタ１０７に入力されるのを
遮断する。これにより、パワートランジスタ１０７はオ
フ状態に保持される。パワートランジスタ１０７がオン
の状態で過温度検出部１０２が過温度を検出した場合、
ＡＮＤゲート１０４がＬレベルになることによって強制
的にオフされる。すなわち、時刻ｔ４で何らかの原因で
半導体集積回路の温度が上昇し、そして時刻ｔ５で過温
度となったときに、過温度検知部１０２はＬレベルの信
号を出力し、ＲＳラッチ１０３の出力はＬレベルになる
ため、ＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルになること
によって、パワートランジスタ１０７は強制的にオフさ
れる。
温度状態を検知すると、Ｌレベルの信号を出力するた
め、ＲＳラッチ１０３はＬレベルの信号を出力し、ＡＮ
Ｄゲート１０４はＬレベル信号を出力することによって
駆動信号がパワートランジスタ１０７に入力されるのを
遮断する。これにより、パワートランジスタ１０７はオ
フ状態に保持される。パワートランジスタ１０７がオン
の状態で過温度検出部１０２が過温度を検出した場合、
ＡＮＤゲート１０４がＬレベルになることによって強制
的にオフされる。すなわち、時刻ｔ４で何らかの原因で
半導体集積回路の温度が上昇し、そして時刻ｔ５で過温
度となったときに、過温度検知部１０２はＬレベルの信
号を出力し、ＲＳラッチ１０３の出力はＬレベルになる
ため、ＡＮＤゲート１０４の出力はＬレベルになること
によって、パワートランジスタ１０７は強制的にオフさ
れる。
【００２７】パワートランジスタ１０７は強制的にオフ
されることによって、負荷１０９に流れていた駆動電流
が遮断され、負荷１０９の誘導性でサージが発生する。
サージによりパワートランジスタ１０７のドレイン電圧
が上昇する。ここで過温度検知部１０２の出力はＬレベ
ルのため、スイッチングトランジスタ２２０はオフ状態
になり、スイッチングトランジスタ２１８はオン状態に
なる。これにより、ツェナダイオード１１２〜１１７は
短絡され、逆流防止ダイオード１０８の順方向電圧とツ
ェナーダイオード１１０〜１１１のツェナー電圧によっ
て定められる第２のクランプ電圧ＶＣ２が形成される。
されることによって、負荷１０９に流れていた駆動電流
が遮断され、負荷１０９の誘導性でサージが発生する。
サージによりパワートランジスタ１０７のドレイン電圧
が上昇する。ここで過温度検知部１０２の出力はＬレベ
ルのため、スイッチングトランジスタ２２０はオフ状態
になり、スイッチングトランジスタ２１８はオン状態に
なる。これにより、ツェナダイオード１１２〜１１７は
短絡され、逆流防止ダイオード１０８の順方向電圧とツ
ェナーダイオード１１０〜１１１のツェナー電圧によっ
て定められる第２のクランプ電圧ＶＣ２が形成される。
【００２８】パワートランジスタ１０７のドレイン電圧
が、第２のクランプ電圧ＶＣ２まで上昇すると、パワー
トランジスタ１０７のゲートに電圧が印加され始める。
パワートランジスタ１０７のゲートＧの電圧がしきい値
Ｖｔｈまで上昇するとパワートランジスタ１０７はオン
状態に遷移し始め、サージによる電流がパワートランジ
スタ１０７に流れ、ドレイン電圧は第２のクランプ電圧
ＶＣ２に制限される。
が、第２のクランプ電圧ＶＣ２まで上昇すると、パワー
トランジスタ１０７のゲートに電圧が印加され始める。
パワートランジスタ１０７のゲートＧの電圧がしきい値
Ｖｔｈまで上昇するとパワートランジスタ１０７はオン
状態に遷移し始め、サージによる電流がパワートランジ
スタ１０７に流れ、ドレイン電圧は第２のクランプ電圧
ＶＣ２に制限される。
【００２９】サージエネルギーが消費されることによっ
て、時刻ｔ６でドレイン電圧を保持することができなく
なったら、パワートランジスタ１０７はオフ状態にな
る。このようにパワートランジスタを強制的にオフさせ
るときに、第２のクランプ電圧が適用されるから、サー
ジエネルギーの消費によってチップ温度の上昇は第２の
クランプ電圧ＶＣ２にしたがって決められることにな
る。
て、時刻ｔ６でドレイン電圧を保持することができなく
なったら、パワートランジスタ１０７はオフ状態にな
る。このようにパワートランジスタを強制的にオフさせ
るときに、第２のクランプ電圧が適用されるから、サー
ジエネルギーの消費によってチップ温度の上昇は第２の
クランプ電圧ＶＣ２にしたがって決められることにな
る。
【００３０】以下、それぞれの状態下での温度上昇につ
いて、モデルを用いて定量的な考察を行なってみる。ま
ず、 パワートランジスタのチップサイズ：１ｍｍ×１ｍｍ チップ厚さ：５００μｍ ドレイン電流：２Ａ（ＭＡＸ） オン抵抗：０．２Ω クランプ電流：１Ａ（ＡＶＥ） サージエネルギー：５０ｍＪ と従来例と同じモデルを定義する。放熱をチップ下面方
向のみと仮定すると、従来と同様に、熱抵抗は０．５１
℃／Ｗ、熱時定数は０．４２６ｍＳとなる。
いて、モデルを用いて定量的な考察を行なってみる。ま
ず、 パワートランジスタのチップサイズ：１ｍｍ×１ｍｍ チップ厚さ：５００μｍ ドレイン電流：２Ａ（ＭＡＸ） オン抵抗：０．２Ω クランプ電流：１Ａ（ＡＶＥ） サージエネルギー：５０ｍＪ と従来例と同じモデルを定義する。放熱をチップ下面方
向のみと仮定すると、従来と同様に、熱抵抗は０．５１
℃／Ｗ、熱時定数は０．４２６ｍＳとなる。
【００３１】逆流防止ダイオードの順方向電圧ＶＦ：１
Ｖ ツェナーダイオードのツェナ電圧Ｖｚ：８Ｖ パワートランジスタのしきい値Ｖｔｈ：２Ｖ とすれば、第１のクランプ電圧ＶＣ１は、従来例のＶＣ
と同じの６７Ｖである。第２のクランプ電圧ＶＣ２はツ
ェナーダイオードは２個直列であるので、 ＶＣ２＝ＶＦ＋Ｖｚ×２＋Ｖｔｈ ＝１９Ｖ となる。
Ｖ ツェナーダイオードのツェナ電圧Ｖｚ：８Ｖ パワートランジスタのしきい値Ｖｔｈ：２Ｖ とすれば、第１のクランプ電圧ＶＣ１は、従来例のＶＣ
と同じの６７Ｖである。第２のクランプ電圧ＶＣ２はツ
ェナーダイオードは２個直列であるので、 ＶＣ２＝ＶＦ＋Ｖｚ×２＋Ｖｔｈ ＝１９Ｖ となる。
【００３２】通常の温度状態では、第１のクランプ電圧
が適用されるから、温度上昇は従来例と同じ２８℃にな
る。過温度となったときには、第２のクランプ電圧の１
９Ｖが適用されるため、このクランプ電圧下で、平均１
Ａの電流を５０ｍＪ消費するクランプ時間は、 クランプ時間＝サージェネルギー／クランプ電圧×クランプ電流 ＝２．６３ｍＳ となる。以上により、過度的な温度上昇は次のようにな
る。 温度上昇＝熱抵抗×クランプ電圧×クランプ電流 ×（１−ｅｘｐ（−クランプ時間／熱時定数）） ＝９．６７℃ 尚、以上の計算はチップ下面に無限大放熱版があり寡囲
気温度に保たれると仮定をしている。
が適用されるから、温度上昇は従来例と同じ２８℃にな
る。過温度となったときには、第２のクランプ電圧の１
９Ｖが適用されるため、このクランプ電圧下で、平均１
Ａの電流を５０ｍＪ消費するクランプ時間は、 クランプ時間＝サージェネルギー／クランプ電圧×クランプ電流 ＝２．６３ｍＳ となる。以上により、過度的な温度上昇は次のようにな
る。 温度上昇＝熱抵抗×クランプ電圧×クランプ電流 ×（１−ｅｘｐ（−クランプ時間／熱時定数）） ＝９．６７℃ 尚、以上の計算はチップ下面に無限大放熱版があり寡囲
気温度に保たれると仮定をしている。
【００３３】以上の計算により、第２のクランプ時の温
度上昇は約１０℃に低減する。従って、過温度と検出す
る半導体集積回路の温度を１４０℃以下に設定すれば、
半導体のジャンクション温度である１５０℃を超えるこ
となく、使用することができる。
度上昇は約１０℃に低減する。従って、過温度と検出す
る半導体集積回路の温度を１４０℃以下に設定すれば、
半導体のジャンクション温度である１５０℃を超えるこ
となく、使用することができる。
【００３４】本実施例は、以上のように構成され、過温
度と検出したときに、第１のクランプ電圧より低い第２
のクランプ電圧を用いるから、サージエネルギーを消費
するための温度上昇を低く抑えることができる。従っ
て、過温度と検出するための温度を高く設定することが
でき、半導体集積回路を高温環境下で使用することがで
きる。
度と検出したときに、第１のクランプ電圧より低い第２
のクランプ電圧を用いるから、サージエネルギーを消費
するための温度上昇を低く抑えることができる。従っ
て、過温度と検出するための温度を高く設定することが
でき、半導体集積回路を高温環境下で使用することがで
きる。
【図１】本発明の実施例を示す負荷駆動回路の回路図で
ある。
ある。
【図２】負荷駆動回路が動作時のタイムチャートであ
る。
る。
【図３】従来例を示す図である。
【図４】従来例の動作時のタイムチャートである。
１００ 入力端子 １０１ バッファ １０３ ＲＳラッチ １０４ ＡＮＤゲート １０５、１０６ ゲート抵抗 １０７ パワートランジスタ １０８ 逆流防止ダイオード １０９ 負荷 １１０〜１１７ ツェナダイオード １１８ 電源 ２１８ スイッチングトランジスタ ２１９ 抵抗 ２２０ スイッチングトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F038 AZ08 BH01 BH02 BH04 BH05 BH07 BH16 EZ20 5J039 AA00 KK10 KK37 LL01 MM02 MM16 5J090 AA01 CA02 HA09 HA20 HA43 TA01 TA02 5J091 AA01 CA02 HA09 HA20 HA43 TA01 TA02
Claims (1)
- 【請求項１】 制御電極と第１電極および第２電極を有
し、前記第１電極と接続された負荷を駆動するトランジ
スタと、該トランジスタの駆動を制御するトランジスタ
制御手段と、前記トランジスタの第１電極と前記制御電
極との間に接続され、第１のクランプ電圧以上で導通す
るクランプ回路と、前記トランジスタの温度が所定温度
以上かどうかを検出する過温度検出手段と、該過温度検
出手段によって前記トランジスタの温度が所定温度以上
と検出された場合、前記トランジスタ制御手段によって
前記トランジスタを非駆動とすると共に、前記クランプ
回路を前記第１のクランプ電圧よりも低い第２のクラン
プ電圧で導通するように制御することを特徴とする半導
体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25674399A JP2001085618A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25674399A JP2001085618A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 半導体集積回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001085618A true JP2001085618A (ja) | 2001-03-30 |
Family
ID=17296837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25674399A Withdrawn JP2001085618A (ja) | 1999-09-10 | 1999-09-10 | 半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001085618A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10260650A1 (de) * | 2002-12-23 | 2004-07-08 | Infineon Technologies Ag | Leistungsschalteranordnung und Abschaltverfahren dafür |
| EP1444780A1 (de) * | 2001-10-09 | 2004-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Halbleiter-schaltungsanordnung, insbesondere für zündungsverwendungen, und verwendung |
| DE102007041784A1 (de) * | 2007-09-03 | 2009-03-05 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last |
| DE102008033138A1 (de) * | 2008-07-15 | 2010-01-21 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last |
| CN102800666A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-11-28 | 快捷半导体(苏州)有限公司 | 电压保护集成电路和电压保护系统 |
| JP2017158106A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| JP2018037932A (ja) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 半導体装置 |
| CN109193606A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-11 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 浪涌保护电路、系统及设备 |
| CN110289842A (zh) * | 2018-03-19 | 2019-09-27 | 富士电机株式会社 | 半导体装置 |
-
1999
- 1999-09-10 JP JP25674399A patent/JP2001085618A/ja not_active Withdrawn
Cited By (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1444780A1 (de) * | 2001-10-09 | 2004-08-11 | Robert Bosch Gmbh | Halbleiter-schaltungsanordnung, insbesondere für zündungsverwendungen, und verwendung |
| DE10260650A1 (de) * | 2002-12-23 | 2004-07-08 | Infineon Technologies Ag | Leistungsschalteranordnung und Abschaltverfahren dafür |
| US6917234B2 (en) | 2002-12-23 | 2005-07-12 | Infineon Technologies Ag | Power switch arrangement and turn-off method therefor |
| DE10260650B4 (de) * | 2002-12-23 | 2006-06-08 | Infineon Technologies Ag | Leistungsschalteranordnung und Abschaltverfahren dafür |
| DE102007041784A1 (de) * | 2007-09-03 | 2009-03-05 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last |
| DE102007041784B4 (de) * | 2007-09-03 | 2010-02-25 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last |
| DE102008033138A1 (de) * | 2008-07-15 | 2010-01-21 | Continental Automotive Gmbh | Schaltungsanordnung zum Schalten einer induktiven Last |
| US9391063B2 (en) | 2011-05-24 | 2016-07-12 | Fairchild Semiconductor Corporation | Under voltage tolerant clamp |
| CN102800666A (zh) * | 2011-05-24 | 2012-11-28 | 快捷半导体(苏州)有限公司 | 电压保护集成电路和电压保护系统 |
| JP2017158106A (ja) * | 2016-03-03 | 2017-09-07 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| US10217734B2 (en) | 2016-03-03 | 2019-02-26 | Denso Corporation | Semiconductor device |
| JP2018037932A (ja) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 半導体装置 |
| WO2018042881A1 (ja) * | 2016-09-01 | 2018-03-08 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 半導体装置 |
| DE112017003835T5 (de) | 2016-09-01 | 2019-05-09 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Halbleitervorrichtung |
| US10763845B2 (en) | 2016-09-01 | 2020-09-01 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Semiconductor device |
| CN110289842A (zh) * | 2018-03-19 | 2019-09-27 | 富士电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN109193606A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-11 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 浪涌保护电路、系统及设备 |
| CN109193606B (zh) * | 2018-11-20 | 2024-03-01 | 上海艾为电子技术股份有限公司 | 浪涌保护电路、电路系统及电子设备 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061205 |